基于印楝叶活性炭负载α-Fe2O3纳米复合材料的高效光催化降解偶氮染料SDB研究

针对纺织废水中有害偶氮染料Solochrome Dark Blue（SDB）的去除难题，研究人员开发了印楝叶活性炭负载α-Fe2O3纳米复合材料（α-Fe2O3@C），通过Raman、XRD、FT-IR等表征证实其高石墨化度（0.91）和α-Fe2O3晶相。实验显示该材料在pH 6条件下80分钟内实现99.94%的SDB降解率，且可重复使用8次，为低成本废水处理提供了新策略。

　　

随着全球纺织工业的快速发展，含有偶氮染料的废水排放已成为严峻的环境问题。Solochrome Dark Blue（SDB）作为典型偶氮染料，具有高毒性和难降解特性，传统处理方法效率低下且成本高昂。如何开发高效、可持续的废水净化技术，成为环境科学领域的重大挑战。

为应对这一难题，国内研究人员创新性地利用废弃印楝叶制备活性炭，并通过负载α-Fe₂O₃纳米颗粒构建复合光催化剂。该研究通过系统表征和性能测试，证实材料在可见光下对SDB染料具有近乎完全的降解能力，相关成果发表在《Next Materials》期刊。

研究采用Raman光谱分析碳材料结构，XRD确定晶相，FT-IR检测官能团，SEM-EDS观察形貌与元素分布，UV-Vis光谱监测降解动力学。印楝叶经500℃煅烧和KOH活化后，与α-Fe₂O₃按80:20质量比复合，形成具有高比表面积的纳米材料。

3.1 Raman研究
Raman光谱显示1350 cm^-1（D带）和1595 cm^-1（G带）特征峰，石墨化度0.91，表明活性炭具有高度有序的sp²碳结构，有利于染料吸附。

3.2 物相表征
XRD谱图中24.13°（012）、33.11°（104）等衍射峰与α-Fe₂O₃标准卡片（JCPDS 41-1487）匹配，22.13°和43.79°峰证实碳载体存在石墨微晶结构。

3.3 FT-IR分析
638 cm^-1处的Fe-O特征峰和1630 cm^-1的C=C振动峰，验证了α-Fe₂O₃与碳基体的成功复合。

3.4 形貌表征
SEM显示α-Fe₂O₃纳米颗粒均匀分布在多孔碳表面，EDS测得Fe含量达7.23%，且含有K、Ca等源自生物质的微量元素。

3.5 光催化性能
在30 ppm SDB溶液、pH 6条件下，80分钟内降解率达99.94%。对比实验显示：光照使降解率从82.6%提升至90.2%；H₂O₂添加量存在阈值效应，0.5 mL时降解最快（45分钟达99%），过量则引发自由基淬灭。

3.6 催化剂循环
经过8次循环后，降解率仍保持74%，表明材料具有良好稳定性。每次循环后仅需甲醇清洗和200℃热处理即可再生。

该研究开创性地将农业废弃物转化为高性能环境修复材料，其创新性体现在：首次报道α-Fe₂O₃@C用于SDB降解；开发了石墨化程度可调的生物质碳载体；明确了pH和H₂O₂的协同作用机制。相比同类催化剂（如Mn²⁺:ZnS量子点和纳米零价铁），该材料在用量（10 mg）、处理体积（100 mL）和降解效率方面均具优势。

研究不仅为偶氮染料废水处理提供了经济高效的解决方案，更展示了生物质资源化利用的新途径。未来研究可进一步优化材料再生工艺，并探索其在其他有机污染物降解中的应用潜力。